Mesos 与 Kubernetes：容器编排系统对比

最后修改:2025年3月12日

by Kumar Chandrakant

1. 概述

在本教程中，我们将了解容器编排系统的基本需求。

我们会分析此类系统应具备的特性，并基于这些特性对目前使用最广泛的两个容器编排系统 —— Apache Mesos 和 Kubernetes 进行对比分析。

2. 容器编排简介

在比较 Mesos 与 Kubernetes 之前，我们先来理解一下什么是容器，以及为何需要容器编排。

2.1 容器

容器是一种标准化的软件单元，它将代码及其所有依赖项打包在一起 ✅。

这使得应用具备平台无关性和操作简便性。Docker 是当前最流行的容器平台之一。

Docker 利用 Linux 内核的 CGroups 和命名空间（namespaces）等特性来实现进程隔离，从而使得多个容器可以独立且安全地运行。

创建 Docker 镜像非常简单，只需要一个 Dockerfile：

FROM openjdk:8-jdk-alpine
VOLUME /tmp
COPY target/hello-world-0.0.1-SNAPSHOT.jar app.jar
ENTRYPOINT ["java","-jar","/app.jar"]
EXPOSE 9001

使用 Docker CLI 构建镜像也很容易：

docker build -t hello_world .

2.2 容器编排

虽然容器简化了部署流程，但当我们需要管理成百上千个容器时，仅靠 Docker CLI 就显得力不从心了 ❌。

想象一下，一个由多个微服务组成的架构，每个服务都有不同的可扩展性和可用性要求。这种情况下，管理难度会迅速上升。

这就需要容器编排系统来帮忙了 ✅。

容器编排系统将整个集群中的多容器应用视为一个统一的部署实体。它不仅支持自动化部署、调度和更新，还提供监控、伸缩和故障转移等功能。

3. Mesos 简介

Apache Mesos 是一个开源的集群管理器，最初由加州大学伯克利分校开发。它为应用提供了资源管理和跨集群调度的 API，支持运行容器化和非容器化的工作负载。

3.1 架构

Mesos 的架构由 Mesos Master、Mesos Agent 和应用框架组成：

Mesos Architecture

各组件说明如下：

  • 框架（Frameworks）：实际需要分布式执行任务的应用，如 Hadoop 或 Storm。框架包含两个核心组件：
    • 调度器（Scheduler）：向 Master 注册，使其可以开始提供资源
    • 执行器（Executor）：在 Agent 上启动，运行框架任务
  • Mesos Agent：负责运行任务。每个 Agent 会向 Master 报告可用资源（如 CPU、内存），并在收到任务后为执行器分配所需资源
  • Mesos Master：负责将任务调度到可用的 Agent 上。Master 向框架提供资源，框架调度器可选择在这些资源上运行任务

3.2 Marathon

Mesos 本身并不直接提供容器编排功能，而是通过框架（如 Marathon）来实现。Marathon 是一个运行在 Mesos 上的容器编排框架，提供服务发现、负载均衡、指标监控和容器管理等常用功能。

Marathon 将长期运行的服务视为应用，将应用实例视为任务。典型场景中，多个应用可能有依赖关系，形成所谓的“应用组”（Application Groups）。

3.3 示例

假设我们已经构建了一个简单的 Docker 镜像 hello_world，我们可以使用 Marathon 部署它。推荐使用 Mesos Mini 快速搭建一个本地 Mesos 集群，包含 Mesos Master、Agent 和 Marathon。

部署应用需要一个 JSON 文件：

# hello-marathon.json
{
  "id": "marathon-demo-application",
  "cpus": 1,
  "mem": 128,
  "disk": 0,
  "instances": 1,
  "container": {
    "type": "DOCKER",
    "docker": {
      "image": "hello_world:latest",
      "portMappings": [
        { "containerPort": 9001, "hostPort": 0 }
      ]
    }
  },
  "networks": [
    {
      "mode": "host"
    }
  ]
}

使用 Marathon 提供的 REST API 部署应用：

curl -X POST \
  http://localhost:8080/v2/apps \
  -d @hello-marathon.json \
  -H "Content-type: application/json"

4. Kubernetes 简介

Kubernetes 是一个由 Google 开发的开源容器编排系统，现由 CNCF 维护。它为容器化应用的部署、伸缩和运维提供自动化支持。

4.1 架构

Kubernetes 架构由 Kubernetes Master 和 Kubernetes Node 构成：

Kubernetes Architecture

主要组件如下：

  • Kubernetes Master
    • kube-apiserver：处理 REST 请求、验证和更新 Kubernetes 对象、执行认证与授权
    • kube-controller-manager：核心控制循环，确保集群状态与期望状态一致
    • kube-scheduler：将未调度的 Pod 绑定到合适的 Node 上
  • Kubernetes Node
    • kubelet：确保容器按照 PodSpec 描述运行
    • kube-proxy：网络代理，实现 TCP/UDP 流转发或后端负载均衡
    • 容器运行时（Container Runtime）：如 Docker、rkt、containerd 等

4.2 Kubernetes 对象

Kubernetes 中的对象是持久化的实体，反映集群在任意时刻的状态。常见对象包括：

  • Pod：Kubernetes 中最基本的执行单元，可包含一个或多个容器
  • Deployment：推荐的 Pod 部署方式，支持状态同步、滚动更新等
  • Service：抽象地暴露一组 Pod，通过标签选择器进行匹配

4.3 示例

我们可以通过 Minikube 快速搭建一个单节点 Kubernetes 集群，并使用 kubectl 进行操作。

部署应用的 YAML 文件如下：

# hello-kubernetes.yaml
apiVersion: apps/v1
kind: Deployment
metadata:
  name: hello-world
spec:
  replicas: 1
  template:
    metadata:
      labels:
        app: hello-world
    spec:
      containers:
      - name: hello-world
        image: hello-world:latest
        ports:
        - containerPort: 9001
---
apiVersion: v1
kind: Service
metadata:
  name: hello-world-service
spec:
  selector:
    app: hello-world
  type: LoadBalancer
  ports:
  - port: 9001
    targetPort: 9001

部署命令如下：

kubectl apply -f yaml/hello-kubernetes.yaml

5. Mesos vs. Kubernetes 比较

虽然直接比较 Kubernetes 和 Mesos 不太公平（因为 Mesos 本身是集群管理器，而 Marathon 才是其容器编排层），但为了便于理解，我们仍将 Kubernetes 与 Marathon 进行对比。

5.1 支持的工作负载类型

系统 支持工作负载
Mesos + Marathon 容器化和非容器化工作负载均可
Kubernetes 仅支持容器化工作负载（默认 Docker，支持其他运行时）

5.2 可扩展性支持

系统 扩展能力
Mesos + Marathon 支持应用定义或 UI 扩展，支持自动扩缩容，可扩展应用组
Kubernetes 通过 Deployment 实现 Pod 扩容，支持手动和自动扩缩容

5.3 高可用性支持

系统 高可用实现
Mesos + Marathon 应用实例分布在多个 Agent 上，ZooKeeper 实现 Master 高可用
Kubernetes Pod 分布在多个 Node 上，支持多 Master 架构

5.4 服务发现与负载均衡

系统 服务发现 & 负载均衡
Mesos + Marathon Mesos-DNS 提供服务发现，Marathon-lb 提供负载均衡（基于 HAProxy）
Kubernetes Service 对象提供服务发现与负载均衡

5.5 升级与回滚

系统 升级与回滚机制
Mesos + Marathon 支持滚动更新，回滚需重新部署应用定义
Kubernetes 支持滚动更新与回滚，Deployment 历史记录自动保存

5.6 日志与监控

系统 日志与监控支持
Mesos + Marathon 内置诊断工具，可通过 API 查询，推荐使用 Prometheus 等外部工具
Kubernetes 提供资源指标和完整监控流水线，推荐使用 ELK、Prometheus+Grafana

5.7 存储支持

系统 存储支持
Mesos + Marathon 支持本地持久卷，实验性支持 CSI
Kubernetes 支持多种持久卷类型（iSCSI、NFS、AWS、GCP 等），支持 CSI

5.8 网络支持

系统 网络特性
Mesos + Marathon IP-per-container、端口映射；支持 Host 和 Bridge 模式
Kubernetes 每个 Pod 有独立 IP，支持跨节点通信（通过 Cilium、Contiv 等插件）

6. 何时使用哪个系统？

  • ✅ Kubernetes 更适合：

    • 新项目
    • 全容器化工作负载
    • 快速上手、开箱即用的容器编排解决方案

  • ✅ Mesos + Marathon 更适合：

    • 混合工作负载（容器 + 非容器）
    • 已有 Mesos 基础设施
    • 需要支持非容器任务（如大数据任务）

性能方面，Kubernetes 支持最多 5000 个节点，而 Mesos 集群可支持上万个节点。但在实际生产中，这种差异通常不明显。

7. 其他替代方案

除了 Kubernetes 和 Mesos，还有一些值得考虑的替代方案：

  • Docker Swarm：Docker 原生的集群管理工具，功能简单，适合 Docker 用户
  • Nomad：HashiCorp 提供的通用任务调度器，支持容器与非容器任务
  • OpenShift：基于 Kubernetes 的企业级容器平台，由 Red Hat 提供，提供更多开箱即用的功能

8. 总结

本文介绍了容器和容器编排系统的基本概念，对比了 Mesos（通过 Marathon）与 Kubernetes 的主要功能和特性。

两者都具备强大的功能，选择哪个系统取决于你的具体使用场景：

  • 如果你只使用容器化应用，Kubernetes 是更简单直接的选择
  • 如果你有混合工作负载或已有 Mesos 基础设施，Mesos + Marathon 是更灵活的方案

容器编排技术仍在快速发展中，建议根据团队技能、运维能力、项目规模和未来扩展性综合评估。希望本文能帮助你做出更明智的技术选型决策 ✅。

原始标题:Mesos vs. Kubernetes

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